天津工业生物所|首次实现络塞维微生物发酵合成

玫瑰红景天是我国传统藏药的瑰宝，在西方也有悠久的应用历史。玫瑰红景天提取物具有抗疲劳、抗抑郁、抗缺氧及保护心脑血管等疗效，广泛应用于中药制剂等领域。红景天苷和络塞维为玫瑰红景天的两大主要活性成分。其中红景天苷为红景天属植物共有活性成分，而络塞维是玫瑰红景天的特征成分，因而在玫瑰红景天药用价值中占重要地位。玫瑰红景天野生资源濒危，全球市场的需求不断增长，价格逐年攀升，且已供不应求。

红景天（图片来源：网络）

目前为止，国内外科研人员针对红景天苷的合成开展了大量工作，中国科学院天津工业生物技术研究所刘涛研究员团队先后在2014年和2018年发表了“Production of salidroside in metabolically engineered Escherichia coli”、“Metabolic engineering of Saccharomyces cerevisiae for high-level production of salidroside from glucose. J Agric Food Chem”的论文，为发酵法生产红景天苷技术工业化奠定了重要基础；2018年，天津大学的赵广荣教授和乔建军教授将红景天苷的生物合成途径分配在两个大肠杆菌株中，进行了深度代谢改造，实现了红景天苷高效人工合成，产量是以往单菌生产的20倍以上。

近日，中国科学院天津工业生物技术研究所刘涛研究员团队再次通过元件发掘和筛选、人工通路设计构建及代谢调控，首次实现了微生物发酵合成络塞维。

团队首先对络塞维前体络塞合成通路中的关键酶进行了优选，提高了大肠杆菌合成络塞的能力。随后，通过对糖链延伸糖基转移酶的筛选，鉴定得到四个来自UGT91R亚家族以UDP-阿拉伯糖为糖基供体的糖基转移酶，并将活性最高的SlUGT91R1和UDP-阿拉伯糖合成途径引入产络塞的大肠杆菌，实现络塞维的从头合成。进一步，在重组大肠杆菌中引入了UDP-阿拉伯糖补救合成通路，解耦了UDP-葡萄糖和UDP-阿拉伯糖的合成通路，提高了糖基供体UDP-阿拉伯糖的合成效率，以葡萄糖和阿拉伯糖为原料，5L发酵罐补料分批发酵络塞维产量超过7500 mg/L。该技术的生产成本远低于传统的植物提取，具备了商业化的潜力。本研究通过工程改造大肠杆菌实现了从简单的碳源中高效生产有价值的天然产物，这为开发其他药用植物活性成分的生产方法提供了新思路。

重组大肠杆菌利用葡萄糖和阿拉伯糖合成玫瑰红景天特征活性成分络塞维